Ultrasonik plastik montaj teknolojisi, termoplastiklerin bağlantısında yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretilen eklemler sadece güçlü ve dayanıklı değil, aynı zamanda görünüşte de güzeldir. Bu teknoloji, ultrasonik kaynağın araştırmanın odağı olduğu dört ana kategoriyi kapsamaktadır. Ultrasonik kaynak, düşük genlikte (1-100μm) mekanik titreşimler üretmek için yüksek frekanslı ultrasonik enerji (15-50 kHz) kullanır. Bu titreşim, bileşenlerin eklemlerine etki eder, termoplastik malzemeyi sürtünme ısı üretimi yoluyla eritir ve daha sonra bir kaynak oluşturur. Kaynak hızı son derece hızlıdır, genellikle 0.1 saniye ile 1.0 saniye arasında.
Ultrasonik kaynak işlemi sırasında, termoplastiklerde sinüzoidal ayakta durma dalgaları üretilir. Moleküller arası sürtünme nedeniyle, enerjinin bir kısmı, malzemenin sıcaklığını arttıran ısı enerjisine dönüştürülür. Enerjinin başka bir kısmı konsantre edilir ve sınır sürtünmesi ile lokal olarak ısıtılan ekleme aktarılır. Bu nedenle, ultrasonik enerjinin iletim yolu ve malzemenin erime davranışı, parçanın geometrisinden ve malzemenin ultrasonik emilim özelliklerinden birlikte etkilenir.
Titreşim kaynağı kaynak eklemine yakın olduğunda, malzeme daha az enerji emme kaybına sahiptir. Titreşim kaynağından eklemdeki mesafe 6,4 mm'den azsa, işlem, yüksek enerji emilimi ve düşük sertlik malzemeleri olan kristal malzemeler için uygun olan yakın alan kaynak olarak adlandırılır. Mesafe 6,4 mm'den büyükse, düşük enerji emilimi ve yüksek sertlik malzemeleri olan amorf malzemeler için uygun olan uzak alan kaynağı denir.
Eklem yüzeyinin "düzensiz" özellikleri nedeniyle, ultrasonik enerjinin birikmesine elverişli yüksek sıcaklık ve yüksek sürtünme üretmek kolaydır. Birçok ultrasonik kaynak uygulamasında, üst kısım yüzeyinde, titreşim enerjisini eklemde konsantre etmek için yönlendiren enerji kılavuzu kaburga olarak adlandırılan üçgen bir çıkıntı tasarlanmıştır.
Ultrasonik kaynak işlemi sırasında, titreşim enerjisi eklem yüzeyinde dikey olarak hareket eder ve enerji kılavuzu kaburgasının ucu kaynaklı parçayı basınç altında temas eder. Sürtünme ısı üretimi nedeniyle, uçta büyük miktarda ısı üretilir ve enerji kılavuzu kaburgasının erimeye başlamasına neden olur. Tüm kaynak işlemi dört aşamaya ayrılabilir. İlk olarak, enerji kılavuzu kaburgasının üstü erimeye başlar ve erime hızı kademeli olarak artar. Eklemin her iki tarafındaki boşluk azaldıkça, erimiş enerji kılavuzu kaburga tamamen yayılacak ve aşağıdaki parçaya temas edecek ve erime hızı şu anda azalacaktır. İkincisi, üst ve alt parçalar yüzey temas halindedir ve erime alanı daha da genişletilir. Daha sonra, kararlı durum erime aşamasına girer, bu sırada kararlı bir sıcaklık alanı eşliğinde belirli bir kalınlığın erimiş bir tabakası oluşur. Önceden ayarlanmış kaynak enerjisine, zamana veya diğer kontrol koşullarına ulaşıldığında, ultrasonik titreşim duracaktır. Son olarak, basınç korunur, aşırı eriyik kaynaktan sıkılır ve parçalar moleküler bağlarla bağlanır ve yavaş yavaş soğutulur.
Ultrasonik kaynağın avantajları ve dezavantajları
Endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılan bir plastik birleştirme teknolojisi olarak, ultrasonik kaynak hızlı, ekonomik, kolay otomasyon entegrasyonu ve seri üretim için uygunluğu için öne çıkıyor. Kaynak stabilitesi mükemmel, güç de yüksek ve kaynak süresi diğer işlemlerden daha kısadır. Buna ek olarak, bu teknoloji, yüksek enerji kullanımı, daha yüksek üretim verimliliği ve daha düşük maliyetle aşırı ısıyı gidermek için dumanı veya bir soğutma sistemini gidermek için karmaşık bir havalandırma sistemi gerektirmez. Kalıp tasarımı nispeten basittir ve kalıp değişim hızı hızlıdır, böylece ekipmanın kullanım oranını ve çok yönlülüğünü artırır. Kaynağa başka hiçbir yardımcı kaynak malzemesi sokulmadığından, kaynak temiz ve safsızlık içermediğinden, ekipmanın biyo -uyumluluğunu etkilemediğini ve sağlık sektöründe daha yüksek temizlik gereksinimlerine sahip kullanım için çok uygun olduğunu belirtmek gerekir.
Bununla birlikte, ultrasonik kaynak da bazı sınırlamalarla karşı karşıyadır. 250mmx300mm'den fazla olan ürünler için, kaynak kafasının tasarımı zorlaşır ve genellikle senkron kaynak için birden fazla kaynak kafası veya tamamlanması için tek bir kaynak kafası kullanmak gerekir. Ek olarak, ultrasonik kaynağın sonuçları, kaynak yapısı tasarımı, enjeksiyon kalıplanmış parça boyutsal hata ve deformasyon gibi faktörlerle yakından ilişkilidir. Aynı zamanda, ultrasonik titreşimler hassas elektronik bileşenlere zarar verebilir, ancak bu tür riskler frekansı artırarak ve genliği azaltarak azaltılabilir.
Uygulama alanları
Ultrasonik kaynak birçok sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, otomotiv endüstrisinde, farlar, gösterge tabloları, düğmeler ve anahtarlar gibi bileşenleri bağlamak için kullanılır; Elektronik ve elektrik endüstrilerinde, bu teknoloji genellikle anahtarlar, sensörler ve aktüatörler gibi bileşenleri bağlamak için kullanılır; Buna ek olarak, ultrasonik kaynak, tıbbi alandaki filtreler, kateterler, tıbbi giysiler ve maskeler gibi ürünlerin üretim sürecinde de vazgeçilmezdir. Aynı zamanda, ambalaj endüstrisindeki blister torbalar, torbalar, depolama kapları ve nozullar gibi ürünlerin üretimi de ultrasonik kaynağın verimliliğinden ve rahatlığından yararlanır.
Kahve fincanı PS malzemesinden yapılmıştır ve kaynak tasarımı, sadece bağlantının stabilitesini sağlamakla kalmayıp aynı zamanda üretimin verimliliğini de artıran oluk ve enerji kılavuz kaburgasını akıllıca birleştirir.
Elektronik anahtar abs plastikten yapılmıştır ve ultrasonik perçinleme ile rafine edilmiştir.
Reflektör karışık bir ABS ve PC malzemesinden yapılmıştır ve benzersiz bir yapısal tasarım oluşturmak için basamakların ve enerji kılavuzlu kaburgaların kaynak işlemini birleştirir.
Elektronik lamba, benzersiz bir tasarım stili sunan, düzlem ve enerji kılavuzlu kaburgaların enfes kaynak işlemi ile birleştirildiğinde ABS ve PMMA'nın kompozit bir malzemesi kullanır.
Elektrik konnektörü, ABS ve metalin katı malzemelerini birleştirir ve hassas ultrasonik perçinleme yoluyla bağlantısının stabilitesini ve dayanıklılığını sağlar.
Tıbbi şişe PC malzemesinden yapılmıştır ve düzlem ve enerji kılıcı kaburga kaynaklarının füzyon tasarımını akıllıca kullanır.
Yakıt filtresi şişesi naylon 6-6'dan yapılmıştır ve tasarımı, kesme dikişleri ve kaynakların ikili işlemlerini akıllıca birleştirir.
Filtre membranının montajı ve ses emici pamuk,% 30 cam elyaf ile katkılı naylonun kompozit bir malzemesini kullanır ve bir delici kaynak işlemi ile ince bir şekilde monte edilir.
Elektrik kutusu, PS ve bakır somunların bileşik bir malzemesi kullanır ve ultrasonik kakma teknolojisi ile ince bir şekilde yapılır.
Rotor PS malzemesini kullanır ve düzlemin ve enerji ileten kaburga kaynaklarının akıllı tasarımını birleştirir.
Polimer yapısı
Amorf plastiklerin moleküler yapısı rastgele dağıtılır ve sabit bir düzenleme yönü yoktur. Özelliği, sıcaklık aralığıyla yavaş yavaş yumuşamasıdır. Bu tip malzeme cam geçiş sıcaklığına ulaştığında, yavaş yavaş yumuşar ve sonunda sıvı bir erimiş duruma girer. Malzemenin sıvıdan katılaşmaya kadar süreci kademelidir. Amorf plastikler ultrasonik titreşimleri etkili bir şekilde iletebilir ve geniş yumuşatıcı sıcaklık aralıkları nedeniyle kaynak yapmak ve sızdırmazlık elde etmek daha kolaydır.
Öte yandan, yarı kristalin plastiklerin moleküler yapısı düzenli olarak düzenlenmiştir. Yüksek ısı, düzenli düzenlemeyi kırmanın anahtarıdır. Bu plastikler keskin erime noktalarına sahiptir ve sıcaklık hafifçe düştüğünde, sıvı durum hızlı bir şekilde katılaşır. Bu nedenle, sıcak eriyik alanından akan eriyik hızla katılaşacaktır. Katı olduğunda, yarı kristalli malzemelerin moleküler davranışı bir yay gibidir ve bunları eklem bölgesine iletmek yerine ultrasonik titreşimlerin çoğunu emer. Bu nedenle, yarı kristalli plastikler için, yeterli ısı üretmek için yüksek genlikli bir çıkış kaynak kafası gereklidir.
TG cam geçiş sıcaklığı ve TM erime sıcaklığı
Polimer yapısını tartışırken, iki önemli sıcaklık kavramından bahsettik: TG cam geçiş sıcaklığı ve TM eritme sıcaklığı. TG, malzemenin camsı bir durumdan oldukça elastik bir duruma değiştiği sıcaklıktır, bu sırada malzeme yavaş yavaş yumuşamaya başlar. TM, malzemenin bir sıvıya tamamen erimesi için gereken sıcaklıktır. Bu iki sıcaklık özelliği, polimer malzemelerin işlenmesini ve performansını anlamak için çok önemlidir.
Yukarıdaki şeklin sol tarafı amorf bir plastik gösterirken, sağ tarafta yarı kristalin bir plastik gösterilmektedir. Termoplastiklerde, cam elyaf, talk ve mineraller gibi dolgular ultrasonik kaynağın etkisini artırabilir veya inhibe edebilir. Kalsiyum karbonat, kaolin, talk, alümina ve organik lifler, silika, cam toplar, kalsiyum metasilikat (wollastonit) ve mika gibi bazı malzemeler reçinenin sertliğini artırabilir. Çalışmalar, dolgu içeriği%20'ye ulaştığında, özellikle yarı kristalli malzemeler için malzemedeki ultrasonik titreşimlerin iletim verimliliğini etkili bir şekilde artırabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, dolgu içeriği%35'i aştığında, kaynaktaki yetersiz reçine içeriği nedeniyle contanın güvenilirliği etkilenebilir. Dolgu içeriği%40'a ulaştığında, cam lifler ortak pozisyonda toplanır ve kaynakta yetersiz reçine içeriğine neden olur ve bu da kaynak mukavemetini etkiler. Ek olarak, enjeksiyon kalıplama işlemi sırasında, uzun cam lifler enerji kılıcı kaburgalar üzerinde birikme eğilimindedir. Etkili bir çözüm, uzun cam lifler yerine kısa cam lifler kullanmaktır.
Ek olarak, dolgu içeriği%10'u aştığında, malzemedeki aşındırıcı parçacıklar kaynak kafasının aşınmasına neden olabilir. Bu nedenle, bir karbür çelik kaynak kafası veya tungsten karbür kaplamasıyla kaplı bir titanyum alaşım kaynak başlığı kullanılması önerilir. Aynı zamanda, eklemde yeterli ısı üretilmesini sağlamak için daha yüksek bir güç ultrasonik cihaz seçmek gerekebilir.
Öte yandan, katkı maddeleri malzemenin genel performansı veya enjeksiyon kalıplama özelliklerini iyileştirebilirken, genellikle ultrasonik kaynak üzerinde engelleyici bir etkiye sahiptirler. Tipik katkı maddeleri arasında yağlayıcılar, plastikleştiriciler, darbe değiştiriciler, alev geciktiriciler, renklendiriciler, köpürme ajanları ve yeniden yer reçineleri bulunur. Örneğin, balmumu, çinko stearat, stearik asit ve yağ asidi esterleri gibi yağlayıcılar polimer moleküller arasındaki sürtünme katsayısını azaltır, böylece ısı üretimini azaltır. Bununla birlikte, bu etki genellikle eklemde daha küçüktür, çünkü yağlayıcı konsantrasyonu düşük ve eşit olarak dağılmıştır. Öte yandan, yüksek sıcaklıklı organik sıvılar veya düşük sıcaklıkta eritme katıları gibi plastikleştiriciler, malzemenin yumuşaklığını arttırır ve sertliği azaltır, ancak polimerin iç molekülleri arasındaki çekimi azaltır ve titreşim enerjisinin iletimine müdahale eder. Özellikle, vinil gibi yüksek plastikleştirilmiş malzemeler, ultrasonik titreşimler için şanzıman malzemeleri olarak çok uygun değildir. Ek olarak, iç katkı maddeleri olarak plastikleştiriciler zamanla plastiğin yüzeyine göç edebilir ve ultrasonik kaynağın etkisini daha da etkileyebilir. Benzer şekilde, kauçuk gibi darbe değiştiriciler, malzemenin ultrasonik titreşimleri iletme yeteneğini de azaltır ve plastiği eritmek için daha büyük bir genlik gerektirir.
Malzemeye eklenen alev geciktiriciler, inorganik oksitler veya halojenlenmiş organik elementler (alüminyum, antimon, bor, klor, brom, sülfür, azot veya fosfor gibi) malzemenin yangın noktasını etkili bir şekilde bastırabilir veya yanma karakteristiklerini değiştirebilir. Bununla birlikte, bu bileşenler genellikle malzemeyi kabul edilemez hale getirir, özellikle alev geciktirici% 50 veya daha fazla açıkladığında, bu da kaynaklanabilir malzeme miktarını önemli ölçüde azaltacaktır. Bu tür malzemeler için, yüksek güçlü ultrasonik ekipman ve büyük genliklere sahip kaynak kafaları gereklidir ve eklem tasarımı, kaynaklanabilir malzemenin oranını arttırmak için ayarlanır.
Pigmentler ve boyalar dahil çoğu renklendirici ultrasonik titreşimlerin iletimini engellemez. Bununla birlikte, ortak alandaki kaynaklanabilir malzeme miktarını azaltabilirler. Özellikle, titanyum dioksit (TIO2) içeriği%5'i aştığında, yağlayıcı etkisi belirgin hale gelecektir, bu da ultrasonik kaynak üzerinde engelleyici bir etkiye sahip olacaktır. Aynı zamanda, karbon siyahı, ultrasonik enerjinin malzemedeki yayılmasına müdahale edecektir.
Köpükleme maddeleri, malzemenin ultrasonik titreşimleri iletme yeteneğini azaltır, çünkü moleküler yapıdaki düşük yoğunlukları ve çok sayıda gözenek etkili enerji iletimini önler.
Zemin reçinesi (Runind) malzemeye karıştırıldığında, kaynak etkisini optimize etmek için ilavesi ve hacminin dikkatle değerlendirilmesi ve kontrol edilmesi gerekir. Bazı durumlarda, runind hiç kullanılmayabilir ve% 100 bakire malzeme gereklidir.
Ek olarak, çinko stearat, alüminyum stearat, florokarbonlar ve silikonlar gibi kalıp salım ajanları enjeksiyon kalıplanmış parçaları salgılamaya yardımcı olabilirken, eklem yüzeyine aktarılabilir ve malzemenin sürtünme katsayısını azaltabilir, böylece ısı üretimini azaltır ve ultrasonik kaynağını inhibe edebilir. Aynı zamanda, kalıp salım maddeleri de reçinede kimyasal kontaminasyona neden olabilir ve uygun kimyasal bağların oluşumunu etkileyebilir. Özellikle silikonların en önemli etkisi vardır. Bu nedenle, kalıp salım ajanlarını kullanırken, uygun dereceyi dikkatlice seçmek ve parçanın yüzeyine aktarılmasını önlemek için önlemler almak gerekir.
Ek olarak, farklı malzeme dereceleri, ultrasonik kaynağın etkisini de etkileyebilen farklı erime sıcaklıklarına ve akış indekslerine sahip olabilir. Örneğin, Dökme PMMA derecelerinin kaynaklanması, daha yüksek moleküler ağırlıkları ve erime sıcaklığı nedeniyle enjeksiyon/ekstrüzyon derecelerinden daha zor olabilir. Bu nedenle, en iyi kaynak etkisini elde etmek için, kaynak için aynı derecedeki malzemeleri seçmeye çalışın ve iki malzemenin akış indeksi benzer olduğundan ve erime sıcaklığı farkının 22 derece içinde olduğundan emin olun.
Bir malzemenin nem içeriği, kaynak mukavemeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. PBT, PC, PSU ve naylon gibi hidroskopik malzemeler havadan nemi kolayca emer. Kaynak işlemi sırasında, bu emilen nem yüksek sıcaklıklarda kaynar ve üretilen gaz, kaynakta sıkışıp kalırsa, gözenekler oluşturur ve plastiği bozar, böylece kaynağın estetiğini, mukavemetini ve sızdırmazlığını etkiler. Bunu önlemek için hidroskopik malzemeler enjeksiyon kalıplamasından hemen sonra kaynaklanmalıdır. Hemen kaynak mümkün değilse, kurutulmuş parçalar kuru bir PE torbasında saklanmalı veya kaynaktan önce 3 saat boyunca 80 dereceye bir fırına yerleştirilmelidir.
Ek olarak, farklı malzeme türleri kaynaklanırken, iki malzemenin erime sıcaklığına ve moleküler yapısına özel dikkat gösterilmelidir. İdeal kaynak koşulu, iki malzemenin erime sıcaklığı farkının 22 dereceyi aşmaması ve moleküler yapının benzer olmasıdır. Erime sıcaklığı farkı çok büyükse, daha düşük bir erime noktasına sahip malzeme önce eriyecek ve akar ve malzemeyi daha yüksek bir erime noktasıyla eritmek için yeterli ısı sağlamaz. Örneğin, düşük eritme noktalı PMMA ile yüksek eritme noktalı PMMA kaynak yaparken, enerji iletkeni yüksek eritme noktalı PMMA'da bulunuyorsa, düşük eritme noktası malzeme eklemi eriyecek ve akacak ve bu da enerji iletkeninin yumuşatılmasına neden olacak ve bu da kaynak mukavemetini etkiliyor.
Ek olarak, malzeme uyumluluğu da başarılı kaynak için anahtar bir faktördür. Sadece kimyasal olarak uyumlu malzemeler, yani benzer moleküler yapılara sahip malzemeler kaynaklanabilir. Esas olarak ABS ve PMMA, PC ve PMMA ve PS ve Modifiye PPO gibi amorf malzemeler arasında malzeme uyumluluğunun var olduğunu belirtmek gerekir. Bununla birlikte, PP ve PE gibi yarı kristalin plastikler, benzer fiziksel özelliklere sahip olmalarına rağmen, farklı moleküler yapılara sahiptir ve bu nedenle malzeme uyumluluğuna sahip değildir ve kaynaklanamaz.
